Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Задачник по трубопроводному транспорту нефти нефтепродуктов и газа

..pdf

Скачиваний:

108

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

10.83 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3530 31 32 33 34 35 > Следующая >>>

291

(5,5 -106)2-	(3,8 -10‘ )2
Q =0,0384	•1,196s = 585,53

0,893 • 283 • 0,0093 • 120000- 0,59 M J /C или 50,58 млн. м3/сутки.

194. Используем формулу (115):

Q„ = 0 ,0 3 8 4 -,/Р" ~ Р>	-d5
V Z T X L A
По формуле (116) вычисляем коэффициент X :
X = 0,067- ( 2 0,05	>?'2 = 0,0106.

, 1020- 2 - 10,

Коэффициент Z сжимаемости газа в первом приближе нии рассчитываем по условиям в конце участка газопрово да:

Z(l) = 1 - 0,4273 • (3,2/4,7 )■(283/194)'3“ * = 0,927

Получаем уравнение для рн :
30-10“	= 0,0384-.	Рн.2	(3,2 -106)	I5
24-3600	'	V 0,927-283-0,0106-10*-0,59
После упрощений, имеем:
347,2 = 0,0384 -,/Рн ~ 1 0 ’ 2 4 1 0			= , Plt =4,864-ltf Па.
	\	16,407-10"

Теперь можно определить среднее давление р^ на уча стке газопровода и уточнить принятый в расчете коэффици

ент Z . Имеем:
2 (	р2*	2 (	3,2	= 4,089 МПа.
Рср. ^ *	Р н + -		4,864+-	= 4,089 МПа.
	Р н . + Р к .		4,864+3,2 J

z < ) =1-0,4273 (4,089/4,7)-(283/194)'3-“* =0,907.

Повторив расчеты с уточненным коэффициентом Z сжимаемости, получим уравнение

13,11Ю12 +10,24 - Ю12 = рн2 => р„ =4,83 -106 Па.

19*

292

Поскольку следующее уточнение коэффициента Z не дает существенного изменения полученного результата, считаем, что решение рн = 4,83 МПа найдено.

195. Согласно формуле (115), имеем:

		I 2	2
QK 0,0384-		Рн. -Рк.	ds
QK 0,0384-		ZTA.-L-A
		ZTA.-L-A
По формуле (116) вычисляем коэффициент X :
(		2-0 03	Y’2
Х = 0,067-	— = - ^ —		= 0,0096.
(,1020 —2 -10 J

Коэффициент Z сжимаемости газа в первом приближе нии рассчитываем по условию в начале участка газопрово-

да: Z(l) = 1 -0 ,4273 (5,5/4,7) (285/194)'ЗИ8 = 0,878.
Уравнение для определения рк имеет вид:
35-Ю6	= 0,0384-.		(5,5-106)2-р,	•I5
24-3600	V0,878-285-0,0096-120000-0,62
После упрощений получаем:
405,1 = 0,0 3 8 4 - J 3Q>25 1^			Zb l => р = 3,2 2 -ЮР Па.
	V	178724

Теперь можно определить среднее давление рср на уча

стке газопровода и уточнить принятое значение коэффици ента Z . Имеем:

Рср. = т*	Р к.	2 (	3 222 \
Рср. = т*	Рн.+	5,5+	= 4,46 МПа,
	Р„.+Р к.	5,5 + 3,22
Z<2) = 1 -0,4273 (4,46/4,7)-(285/194)'3-66' =0,901 .
Повторив	расчеты с	уточненным	коэффициентом Z

сжимаемости, найдем рк = 3,14 МПа. Поскольку следующее уточнение коэффициента Z не дает существенного измене ния полученного результата, считаем, что решение найдено.

293

196. Согласно формуле (115), имеем:

			2	2
QK=0,0384			Рн. -Рк.
QK=0,0384			Z T X L A
			Z T X L A
Найдем сначала среднее давление рср на участке газо
провода:
2 (			п 2	\ 1 (	и о 2	л
1 1			D “	' _ .[ 6 .0 + — 4,0		= 5,07 МПа.
Рср. = Т ' Рн.*'			P H. + P KJ	3 V	6,0+ 4,0	= 5,07 МПа.
V			P H. + P KJ	3 V	6,0+ 4,0
Далее рассчитаем коэффициент Z сжимаемости газа:
Z = 1-0,4273- (5,07/4,7)-(283/194)‘зш = 0,885.
По формуле (116) вычислим коэффициент X :
Х = 0,067	^	° ’0 3 ^		- 0’0 3 8
	V			\| 0.2
	V
Подставляя данные из условия задачи, а также найден
ные значения	Z и X , в формулу для расхода газа, получаем
уравнение для определения внутреннего диаметра							d газо
провода:
2 8 1 0 е =0,0384-				(6,0 • 1 О* )2 - (4,0 -106У			d5.2
24 -3600			V0,885 • 283 ■0,038 • 125000 • 0,59
Решив это		уравнение, найдем:			d = 1,193	м. Соответст
венно внешний диаметр D = d + 28 = 1,193 + 2 • 0,01 = 1,213 м.
Очевидно, нужно принять D = 1220 мм.
197.	Воспользуемся формулой (118) В.Г.Шухова, даю
щей распределение температуры газа по длине участка га
зопровода:
T (x )= V + (TH.- T j - e - “
В этой формуле параметры газа					=0°С	(или 273 К) и

Тн = 30°С (или 303 К) известны, поэтому вычислим коэф фициент а = arcd/MCp . Имеем:

M = PB0U;A-QK= 1,2040,62-3210б/(24-3600) = 276,47 кг/с,

294

а = 1,75 • 3,14 • 1,2/(276,47 • 2500) = 9,54 • 1 (Г6 м ''

Далее по формуле

Т(х,) = 0 + (30 - 0)- ехр{- 9,54 l O ^ - x J

рассчитываем температуры в заданных сечениях х; :

х, =	20000 м: Т = 30-«хр(-9,54-10"6 • 2 - 104) s 24,8				°С;
х5 = 40000		м: Т = 30ехр(-9,5410'6-4		104)=20,5 °С;
х3 =	60000	м: Т =30■ елг/>(-9,54	■1 0-6 • 6	• 1 0 4) = 16,9	°С;
х4 =	80000 м: Т =30-едр(-9,54		-КГ6 ■8	• 104)= 14,0	°С;

х5 =	100000м: Т = 30		-е*р(-9,54-10^	10 10*)= 11,6 °С;
х6 =	120000	м: Т = 30	ех р (-9 ^4 1 0 '6	1210С)=94 °С;
х, =	140000	м: Т = 3 0	ехр(-9^410‘6 1410С)=7,9 °С.
198.	Формула для распределения температуры, учиты

вающая эффект Джоуля-Томсона, имеет вид

Т(х)=Т„ +(Т„ —T j - e ” —D. - Р = ^ ( 1 _ е-“ ).

					a*L
Подставив в эту формулу данные из условия, получим:
Т (х )= 3 0 • е-’* "0"6’ -			0,3 ■ 6,0 ~ 3,5 (l -				е-9-5410"6”) ,
v ’				1,336 V					)
где а = 1,75• 3,14 • 1,2/(281,07-2500) = 9,54							10"6 м _\| (см. ре-
шение предыдущей		задачи); aL = 1,336.					После		упрощений
имеем:
T(x)=30-e~S4l<'‘‘ - 0 £ 6 - (l-e '’-54l<'s )= 3Q 56e54l<r‘4 -0,56.
Отсюда находим:
Координата, км		0	20	40	60	80		100	120	140
Температура газа без		30	24,8	20,5 16,9		14,0		11.6	9,7	7.9
учета эффекта Джо
уля - Томсона, °С
Температура	газа с	30	24,7	203	16,7	13.7		ИД	93	7,4
учетом эффектаДжоула
- Томсона,
Поправка, к	формуле	0	0,1	03	03	03		0,4	0.4	03

ВТ. Шухова,*С

295

199. Используя формулу (118) В.Г. Шухова, находим температуру газа в конце участка газопровода. Имеем:

Т„ = T(L) = О+(30 - 0 ) e _iL = 3 0 е л р (-а Ь ).

Вычислив массовый расход М газа

М=Р«ш Д 0 с = 1,2240,62-32-106/(24-3600) = 281,07 кг/с

и показатель (aL) экспоненты

aL=ajtdL/M Cp = 1,75-3,14-1,2140000/(281,07-2500)=1,336,

получим: Т„ = 30-ед:р(-1,33б)=7,9 °С.

Средняя температура Тф газа на участке газопровода

определяется формулой (121). Имеем:

ср. = 0+	3 0 -7 ,9
ср. = 0+	16,56°С.
	/л (30/7,9)

200. Согласно формуле (119), существует соотношение

T .= T I,. + ( T ,,- T j - e - ‘\

позволяющее определить параметра = a 7id^MCp :

1	Т	- Т		1	/и - 5- — 5 1 ,2 8 8 - 1 0 '^ - '
а = ± . / л^		----[Е, = ----- !— _			/и - 5- — 5 1 ,2 8 8 - 1 0 '^ - '
L	Т - Т		гр.	125-103	1 5 -1 0
		к.	гр.

Далее нетрудно найти коэффициент а теплопередачи. Имеем:

	МС_	2500
а =	---- - - а =	-------------- • 1,288-10"5М = 0,01-М .
	n d	3,14-1,02

Вычисляем массовый расход М газа:

M=pra>-A-Qt = 1,204-0,59-25-106/(2 4 -3600)=205,5 кг/с.

Следовательно, a = 0,01 • 205,5 = 2,06 Вт/м2 К.

296

2.12. Стационарные режимы работы сложных газопроводов

201. Очевидно, что среднее на участке газопровода дав ление рср выражается формулой

Pep. —“ ' (Ll • PcpJ + L2 ■Рср.,2 ) 1

где L = L, + L 2 - протяженность всего участка газопровода; Pep I»Рср2 — средние давления на его первом и втором сег

ментах, соответственно.

Обозначим давление в месте сочленения сегментов раз ного диаметра р*, тогда согласно (125), имеем:

р„	2	- р .	2	тч л L)	2	2 и	л	1^2
р„		- р .		=B-Q„——у и р .		- р к. = B	Q,. -	T .
				Ki			к 2

Отсюда находим:

,Рн2 -К,2/Ь | + р „2 -K 22/ L 2

K ,7 L , + K 22/ L 2

Коэффициенты К, и К 2 расхода первого и второго участка, соответственно, очевидно, известны, поэтому давление р, в

месте сочленения сегментов найдено.
Далее, согласно формуле (112), имеем:
2	(	р2* ^			2	(	- 2	^
Рср... - з	• Р н . +	Рн.+Р^		И Рср .2 =		Р . + -
	V	Рн.+Р^				V	р*+р»	У
откуда получаем:
Р‘р - 3		р .+ L i		Рн.		L	рк + р*
Р‘р - 3		L		Рн. "Ь р*		L	рк + р*
202. Из решения предыдущей задачи следует:
п0)	Г		Рн.				Л
п0)	р^* + 0,5 •		Рн.		+ 0,5-		и
Р с р - 3	р^* + 0,5 •				+ 0,5-		и
	V	Р н . + Р 0)*				Рк. + Р (,)*

Рн.+Р * рк. + р *

где индекс ^ относится к первому варианту (в котором тру бой большего диаметра заменяется первая половина участ

ка), а индекс ко второму варианту (в котором трубой большего диаметра заменяется вторая половина участка). Здесь р, - давление в месте сочленения трубопроводов раз ного диаметра. Очевидно, что p H > р Н , поскольку в тру

бопроводе большего диаметра потери давления меньше, чем в трубопроводе меньшего диаметра.

Оценим разность р^ср. —pH*, средних давлений. Для

этого вычтем из первого равенства второе. После некоторых упрощений получим:

пО	_п(2)	- - 7	п (1)	- п (2>^		1-0,5	Рн.
р ср.	Р	ср. — — •		* — р		1-0,5
						(Рн.+Р(,)0 (рн.+ р (2).)
		-0,5-	(Рк. + Р0)* ) • (рк. + Р(2)*)				’
			(Рк. + Р0)* ) • (рк. + Р(2)*)				’
		,(2)
Имеем: p H - р1Ч > 0 и, кроме того,
		Рн.			<1и		< 1,
	(Рн. + Р(1)* ) • (Рн. + Р(2)*)				<1и		< 1,
	(Рн. + Р(1)* ) • (Рн. + Р(2)*)					(Рк. + Р0)*) • (Рк. + Р(2)«)

следовательно, выражение, стоящее в квадратных скобках, положительно. Это означает, что p(I ср -р Н р >0.

203. Поскольку трубопроводные сегменты, о которых идет речь, имеют близкие диаметры, то в качестве d3 при мем диаметр 1,0 м. Тогда коэффициенты К, и К 2 расхода сегментов участка газопровода имеют следующие значения:

К, = (1200/1 ООО)2-6 = 1,606; К, = (1000/1 ООО)2,6 = 1,0.

10 0 0

298

Согласно результатам решения задачи № 201, давление в месте сочленения сегментов разного диаметра может быть представлено выражением

/P ,.2 K IV L | + P>2 -K2V L 2

Р‘ V	K ,2/ L , + K 22/ L 2

Отсюда находим сначала р ,:

7,ЗМ ,6062/7 0 + 4 ,0 М ,0 2/80

V1,6062/70+1,02/80

апотом р

	6,62+ 70	7,32	■+■80	4,03	Л
Рср. —	6,62+ 70	7,32	■+■80	4,03	= 6,14 МПа.
	150	7,3+6,62	150	4,0+6,62

204. Воспользуемся формулой (122), которая с учетом правила (126), справедливого для последовательного соеди нения трубопроводов, имеет вид:

о _	а у	/Рн	“ Рк.	L	_ Lj L 2
Q« -	А К	у	L	. r » K l -	KiJ + K j 2 .

Если в качестве эквивалентного диаметра d 3 выбрать диаметр, равный мм, то можно вычислить коэффици ент К расхода:

120	40	80
К 2	г-------------------	-------------------------1 = 95,77,
К 2	[(1196/1 ООО)2,6]	[(1000/1 ООО)2,6]
	[(1196/1 ООО)2,6]	[(1000/1 ООО)2,6]

откуда К = 1,119.

После этого нужно вычислить коэффициент А согласно формуле (124). Однако для этого необходимо сначала найти А - плотность газа по воздуху, и коэффициент Z сжимае мости газа.

1) Рассчитываем плотность рст газа при стандартных условиях:

R = 8314/р = 8314/18 = 461,9 Дж/кг К;

	299
101300	. з
Рст.	= 0,749 кг/м .
RTCT. 461,9-293
Затем рассчитываем А -	плотность газа по воздуху:
А = 0,749/1,205 = 0,62.

Здесь учтено, что плотность воздуха при стандартных усло виях составляет 1,205 кг/м3

2) Рассчитываем среднее давление рср на участке слож ного газопровода. Для этого воспользуемся результатами решения задачи № 201. Сначала находим давление р, в месте сочленения трубопроводных сегментов разного диа метра. Имеем:

Р* =	P„?-KI7 L \| + P<2.K27 L : ИЛИ
		K ,7 L , + K7 / L :
р. = ,	5,52 • , 965г/40+ 3,52 •					5'780 .
	-	----- ------ тт~,-------п т ----- -—					s 5,2 МПа.
V		1,19657 4 0 + 1 57 8 0
После этого рассчитываем среднее давление рср :
Рср. -	з	• Р* +	Рн			Рк	или
			L рн +р*		L
						рк +р*
		V	40	5,5:		80	3,5:	Л
	2	<
Рср. —		5,2 +			• +			= 4,72 МПа.
		V	120	5,5+ 5,2		120	3,5+ 5,2 у
Заметим, что			если	мы	воспользовались			бы формулой

( 1 1 2 ), справедливой для участка простого трубопровода, то

имели бы:	Г
		3,5:	= 4,57 МПа.
Рср.	5,5 + ■
	5,5+ 3,5 ^

3). Рассчитываем коэффициент Z сжимаемости газа: Z = 1 - 0,4273 • (4,72/4,7). (288/196)'3“ * = 0,895. Наконец, находим коэффициент А:

300

J	2,6	(10 0 0 )2,6	84,95
A = 1 7 , 0 2 1 0 -6 - Ь	—	г = 1 7 , 0 2 - 1 0 -6	84,95
V Z T A		VO,895288	0,62
и вычисляем коммерческий расход газа
QK.=84,95-1,119		[5,52 -3 ,5 2 _
QK.=84,95-1,119		= 36,82 млн. м /сутки.
		120

205. Обозначим K,,L, и K 2,L2 - коэффициенты расхо да и протяженности сегментов газопровода. Поскольку при последовательном соединении элементов справедлива фор мула (126)

_L_ К 2

то имеем:

р„.	2	- р к.	2		г»	2	t L	+ i r i '1
р„.		- р к.		= B Q K			t L	+ i r i '1
							vK,'	К 2
Если бы весь участок газопровода имел диаметр первых
60-ти км, то было бы справедливо уравнение:
_ 2 п 2 _ п						' Q K .	L , + L 2
Рн.		Рк.			В	' Q K .	к,
							к,
в котором Q'					-	коммерческий расход при тех же началь
ном и конечном давлениях.
Из этих уравнений имеем:
t _ Q : 2					(L , + L 2) / K ,2
ИЛИ		Q« 2 L , / K ,2 + L 2/ K 22
ИЛИ
Q L = IL , / K ,2 + L 2/ K / _ IL , / L 2 +(K ,/K 2J
Q«		V (L , + L 2) / K ,2						V	L , / L 2 + I

Поскольку K ,/K 2 = d,2'6/d 22'6 = 1 1962-‘/l0 0 0 2'6 s 1,593, TO

<<< < Предыдущая 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3530 31 32 33 34 35 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]